DE609319C

DE609319C - Process for the production of gray cast iron with high tensile strength

Info

Publication number: DE609319C
Application number: DEI33946D
Authority: DE
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1927-05-13
Filing date: 1928-03-27
Publication date: 1935-02-23

Description

Verfahren zur Herstellung von grauem Gußeisen mit hoher Zugfestigkeit Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Gußeisen mit hohen Festigkeitswerten bekannt. Die Verbesserungen gegenüber dem gewöhnlichen Grauguß werden erzielt teils durch Herstellung einer perlitischen Grundmasse, teils durch Graphitverminderung, teils durch Graphitverfeinerung. Man erreicht dies entweder durch Anwendung besonderer Gattierungen oder durch besondere Führung des Schmelz- und Gießverfahrens. Der Zusatz graphitbildender Elemente, wie Aluminium, Silicium oder Nickel zu geschmolzenem Gußeisen unter gewöhnlichen Schmelzbedingungen ist bekannt. Die Festigkeitseigenschaften eines so erschmolzenen Eisens sind jedoch verhältnismäßig gering und gehen selten über 3okg/qmm Zugfestigkeit hinaus. Es ist ferner bekannt, daß man mit einem anderen Verfahren (Emmel, Stahl und Eisen, 1925, S. 1466) Zugfestigkeitszahlen bis 41 kg:'qmm erreichen kann. Nach allen diesen Verfahren wird bereits im Gießereischachtofen auf Erzielung. eines grauen Gusses hingearbeitet. Schließlich ist auch bekannt (l4 e ha n, frz. Patent 557 274), im Gießereischachtofen ein weißes Eisen zu erschmelzen und dieses dann durch Zusatz eines nichtmetallischen Silicides in ein graues Gußeisen zu verwandeln, wodurch Zugfestigkeitszahlen von 27 bis g5 kg; qmm erzielt werden. Gemäß der Erfindung nun wird ein weißes oder meliertes Gnßeisen erschmolzen und diesem Nickel zusammen mit Silicium in derartiger Menge zugegeben, daß Grauguß entsteht.Process for the production of gray cast iron with high tensile strength Various processes for the production of cast iron with high strength values are already known. The improvements compared to the usual gray cast iron are achieved partly by producing a pearlitic base mass, partly by reducing graphite, and partly by refining graphite. This is achieved either by using special types or by special management of the melting and casting process. The addition of graphite-forming elements such as aluminum, silicon or nickel to molten cast iron under normal melting conditions is known. The strength properties of an iron melted in this way are, however, relatively low and seldom go beyond 3okg / sqmm tensile strength. It is also known that another method (Emmel, Stahl and Eisen, 1925, p. 1466) can achieve tensile strength figures of up to 41 kg: qmm. After all of these processes, the foundry shaft furnace is already on target. of a gray cast. Finally, it is also known (14 e ha n, French patent 557 274) to melt a white iron in a foundry shaft furnace and then to convert this into a gray cast iron by adding a non-metallic silicide, whereby tensile strength numbers from 27 to g5 kg; qmm can be achieved. According to the invention, a white or mottled cast iron is melted and nickel is added to this together with silicon in such an amount that gray cast iron is formed.

Dieses Verfahren übertrifft alle bisher bekannten Verfahren durch Erzielung bisher unerreichter- Festigkeitswerte; sogar in Höhe von 5okg"'qmm und darüber (siehe auch F. B. Coyle und D.M. Houston uTransactions of American Foundry Men's Associationa, 1929, Bd. 37), bei einer bisher nicht bekannten Wandstärkenunempfindlichkeit, so daß auch in Gußstücken der verschiedensten Wandstärken die Festigkeitsunterschiede die kleinsten bisher- beobachteten Werte besitzen (siehe R. S. M a cF e r r a n »Symposium an Physical Properties of Cast Ironcc, 1929, S. x2).This process surpasses all previously known processes Achievement of previously unattainable strength values; even in the amount of 5okg "'qmm and about this (see also F. B. Coyle and D.M. Houston uTransactions of American Foundry Men's Associationa, 1929, Vol. 37), with a previously unknown insensitivity to wall thickness, so that there are differences in strength even in castings of the most varied of wall thicknesses have the smallest values observed so far (see R. S. M a cF e r r a n »Symposium on Physical Properties of Cast Ironcc, 1929, p. X2).

Da neben hohen Festigkeitswerten die Gleichartigkeit und Gleichmäßigkeit des Gefüges und der sonstigen Eigenschaften für die Bewertung und Verwendung von Grauguß von ausschlaggebender Bedeutung sind, weil dabei die Treffsicherheit bei der Herstellung von Grauguß bestimmter Güte sprunghaft steigt, so ergibt sich, daß das vorliegende Erzeugnis unverkennbar eine Bereicherung der Technik darstellt.In addition to high strength values, there is uniformity and uniformity the structure and other properties for the evaluation and use of Gray cast iron are of crucial importance because it helps with accuracy the production of gray cast iron of a certain quality increases by leaps and bounds, it follows that the present product is unmistakably an enrichment of the technology.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von grauem Gußeisen mit erhöhter Zugfestigkeit und Wandstärkenunempfindlichkeit, welches gleichzeitig nicht zu hart ist, so daß es sich leicht und wirtschaftlich bearbeiten läßt.The invention relates to a new process for the production of gray Cast iron with increased tensile strength and insensitivity to wall thickness, which at the same time is not too hard, so that it can be machined easily and economically leaves.

Nach ausgedehnten Versuchen wurde gefunden, daß mit geschmolzenem Gußeisen von einer Zusammensetzung, die unter gewöhnlichen Schmelz- und Gießbedingungen weißes oder meliertes Gußeisen ergeben würde, ein graues Gußeisen mit ungewöhnlich hoher Zugfestigkeit erhalten wird, wenn man nach dem Abstich als Graphitbildner Nickel zusammen mit Silicium in der Gußpfanne zusetzt. Trotz der hohen Festigkeit zeigt das Eisen außergewöhnliche Wandstärkenunempfindlichkeit bei guter Bearbeitbarkeit.After extensive experimentation it was found that with molten Cast iron of a composition that can be used under ordinary melting and casting conditions white or mottled cast iron would result, a gray cast iron with unusual high tensile strength is obtained if one acts as a graphite former after tapping Nickel added together with silicon in the ladle. Despite the high strength the iron shows exceptional insensitivity to wall thickness and good machinability.

Es wurde gefunden, daß zur Erzielung dieser höchst erstrebenswerten Ergebnisse das Eisen, zu welchem der Zusatz gegeben wird, bereits aus dem Ofen abgestochen sein soll sowie auch daß das Gußeisen, zu welchem die Zusätze gegeben werden, von solcher Art sein muß, daß es ohne die Zusätze zu weißem oder meliertem Gußeisen erstarren würde. Auch die Menge des Zusatzes ist wesentlich, wie noch dargelegt werden soll.It has been found that to achieve this highly desirable Results the iron to which the additive is added has already been tapped out of the furnace should be as well as that the cast iron to which the additives are added, of must be of such a nature that it without the additives to white or mottled cast iron would freeze. The amount of additive is also essential, as will be explained below shall be.

Außer den Graphitbildnern können noch andere Zusätze gemacht werden, und zwar zusammen mit diesen oder für sich. Die. Graphitbildner selbst können in an sich bekannter Weise als reine Metalle oder als Eisenlegierungen o.dgl. zugesetzt werden. Die Gründe für die vorteilhaften Wirkungen, welche durch Zugabe der Graphitbildner erzielt werden, nachdem das weiß erstarrende Eisen den Ofen verlassen hat, sind noch nicht vollständig aufgeklärt. Wahrscheinlich ist, daß in dem geschmolzenen Eisen, in welchem das Eisen in Form von Karbid vorliegt, keine Graphitkeime vorhanden sind und daß die Graphitbildner nur so wenig Zeit zur Fällung des Graphits haben, daß die Graphitkeime bis zum Erstaaren des Metalles nicht genügend Zeit zum Wachsen haben und sich infolgedessen nicht zu demselben Ausmaß wie bei gewöhnlichem Eisen entwickeln, können. Zufolge dieser Theorie wachsen die Graphitkeime in dem gewöhnlichen grauem Eisen zu Graphitflocken, . und man könnte sich hieraus das aus der Zugabe der Graphitbildner in einem späteren Zeitpunkt als im Ofen erzielte bessere Ergebnis erklären. Wenn die Graphitbildner im Ofen vorhanden wären, so würden offenbar die Graphitkeime längere Zeit - haben, zu Graphitflocken zu wachsen. Was nun auch die richtige Theorie sein mag, es besteht jedenfalls die Tatsache, daß die ,Ergebnisse durch Zugabe der Graphitbildner erst nach Entfernung des Gußeisens aus dem Ofen erheblich verbessert werden. Als Ergebnis umfangreicher Versuche läßt sich die Erfindung folgendermaßen erläutern Abb. i und 2 sind schaubildliche Darstellungen mit Silicium als Grundlage, aus denen sich die Menge der zuzusetzenden Graphitbildner unter Beachtung des. Äquivalentmengenverhältnisses, gemäß dem i Teil Silicium rund 2 Teilen Nickel entspricht, ergibt.In addition to the graphite formers, other additives can be made, together with them or for themselves. The. Graphite formers themselves can be used in in a manner known per se as pure metals or as iron alloys or the like. added will. The reasons for the beneficial effects obtained by adding the graphite former can be achieved after the iron, which solidifies white, has left the furnace not yet fully elucidated. It is likely that in the melted Iron, in which the iron is in the form of carbide, no graphite nuclei are present and that the graphite formers only have so little time to precipitate the graphite, that the graphite nuclei do not have enough time to grow before the metal has solidified and consequently not to the same extent as with ordinary iron develop, can. According to this theory, the graphite seeds grow in the ordinary gray iron to graphite flakes,. and you could tell from this from the encore the graphite former achieved better results later than in the furnace explain. If the graphite formers were present in the furnace, the Graphite nuclei for a long time - have to grow into graphite flakes. What now also The theory may be correct, but the fact remains that the, results by adding the graphite-forming agents only after the cast iron has been removed from the furnace can be significantly improved. As a result of extensive experiments, the invention can be Explain as follows Figs. i and 2 are diagrams showing silicon as a basis from which the amount of graphite formers to be added is determined, taking into account The equivalent amount ratio, according to the i part of silicon around 2 parts of nickel corresponds to results.

In Abb. i stellen die Koordinaten die gesamten Prozentgehalte an Kohlenstoff bzw. Silicium dar. Die ausgezogenen Linien A B, A C, A D, A E geben ein von M a u r e r (Kruppsche Monatshefte, Juli -igz.l) veröffentlichtes Diagramm wieder.In Fig. I, the coordinates represent the total percentages of carbon or silicon. The solid lines AB, AC, AD, AE reproduce a diagram published by M aurer (Kruppsche Monatshefte, Juli -igz.l).

Die Zusammensetzung, die durch die Flächen zwischen den Achsen und den verschiedenen Linien dargestellt ist, gibt das Gefüge des Gußeisens wieder, wie es beim Gießen unter den gewöhnlichen Verhältnissen des Gießereibetriebs entsteht, d. h. wenn Kohlenstoff und Silicium in den durch die Fläche ABC dargestellten Verhältnissen vorhanden ist, besteht das Gefüge des Eisens beim Gießen unter üblichen Bedingungen im wesentlichen aus dem Überschuß gebundenen Kohlenstoffs (Zementft) und entweder Perlit oder' unter Umständen bei legiertem Gußeisen Austenit oder einem Übergangsprodukt von Austenit zu Perlit. Graphit kann zwar ebenfalls in größerer oder geringerer Menge vorhanden sein, jedoch ist das freie Eisenkarbid in Überschuß über das eutektische Gemenge vorhanden. Ein -derartiges Gußeisen wird technisch als weißes Gußeisen bezeichnet.The composition, which is represented by the areas between the axes and the various lines, reflects the structure of the cast iron as it is formed during casting under the normal conditions of the foundry, i.e. when carbon and silicon are present in the proportions shown by the area ABC is, the structure of the iron during casting under normal conditions consists essentially of the excess bound carbon (cement) and either pearlite or, under certain circumstances, in the case of alloyed cast iron, austenite or a transition product from austenite to pearlite. Graphite can also be present in larger or smaller quantities, but the free iron carbide is present in excess over the eutectic mixture. Such a cast iron is technically referred to as white cast iron.

Die der Fläche ABC entsprechenden Gehalte an Kohlenstoff und Silicium bringen ein Gefüge hervor, welches im wesentlichen aus Graphit und Perlit mit stellenweise vorhandenem Eisenkarbid besteht. Dieses Gefüge wird als halbiert oder meliert bezeichnet. Die der Fläche ACD entsprechenden Kohlenstoff- und Siliciumgehalte bringen ein aus Graphit und Perlit bestehendes Gefüge hervor. Das Gefüge des Gußeisens mit Kohlenstoff und Silicium in den der Fläche ADE entsprechenden Verhältnissen besteht aus Graphit mit Perlit und Ferrit,. wobei der Anteil an Perlit größer als der des Ferrits ist. Kohlenstoff- und Siliciumgehalte entsprechend der rechts von der Linie A E gelegenen Fläche erzeugen ein aus Graphit, Perlit und Ferrit bestehendes Gefüge, bei welchem der Ferritanteil größer als der Perlitanteil ist-In Abb. i sind durch gestrichelte Linien Felder eingetragen, welche die Abhängigkeit der Zugfestigkeit von den Kohlenstoff- und Siliciumgehalten darstellen. Die Werte sind aus einer großen Anzahl von Untersuchungen von Gußeisen verschiedener Zusammensetzung, welche unter üblichen Gießereibedingungen hergestellt wurde, , erhalten.The carbon and silicon contents corresponding to the area ABC produce a structure which essentially consists of graphite and perlite with iron carbide present in places. This structure is called halved or mottled. The carbon and silicon contents corresponding to the area ACD produce a structure consisting of graphite and perlite. The structure of the cast iron with carbon and silicon in the proportions corresponding to the area ADE consists of graphite with pearlite and ferrite. the proportion of pearlite being greater than that of ferrite. Carbon and silicon contents corresponding to the area to the right of the line AE create a structure consisting of graphite, pearlite and ferrite, in which the ferrite content is greater than the pearlite content of the carbon and silicon contents. The values are obtained from a large number of tests on cast irons of various compositions, which were produced under normal foundry conditions.

Bei Vorhandensein von Kohlenstoff und Silicium. in den durch die Fläche ABC dargestellten Verhältnissen beträgt die Zerreißfestigkeit weniger als 21 kgiqmm. Bei einem Kohlenstoff-und Siliciumgehalt, wie er durch die Fläche AllILdargestelltwird (ausschließlich derFlächen" i-i'XYZ und PQRS) beträgt die Zugfestigkeit etwa 21 bis 25 kg/mm2. Bei einem Kohlenstoff-und Siliciumgehalt entsprechend der Fläche 1V X YZ (ausschließlich der Fläche PQR S) be- trägt die Zugfestigkeit etwa 25 bis 28 kgimm=. Bei den der Fläche PQRS entsprechenden Kohlenstoff- und Siliciumgehalten steigt die Zugfestigkeit auf etwa 28 bis 33 kg;;mm2. Bei Kohlenstoff- und Siliciumgehalten entsprechend der Fläche AMN liegt die Zugfestigkeit zwischen 18 bis 21 kg/mm2.In the presence of carbon and silicon. in the ratios represented by the area ABC , the tensile strength is less than 21 kgiqmm. With a carbon and silicon content, as represented by the area AllIL (excluding the areas "i-i'XYZ and PQRS), the tensile strength is about 21 to 25 kg / mm2. With a carbon and silicon content corresponding to the area 1V X YZ (excluding The tensile strength of the area PQR S) is about 25 to 28 kgimm =. With the carbon and silicon contents corresponding to the area PQRS, the tensile strength increases to about 28 to 33 kg ;; mm2. With carbon and silicon contents corresponding to the area AMN the tensile strength between 18 and 21 kg / mm2.

Die Ergebnisse der der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen sind in Abb. 2 für Silicium gezeigt, insbesondere sei auf die Fläche FGHU verwiesen. Wird z. B. dem geschmolzenen Gußeisen, dessen Kohlenstoff- und Siliciumgehalt innerhalb der Fläche FGH.U (Abb. 2) liegt, Silicium in der Pfanne in solcher Menge zugesetzt, daß Kohlenstoff und Silicium als Enderzeugnis innerhalb der Fläche JKLM (Abb. 2) liegen, so besitzen die aus dem so er= haltenen Eisen hergestellten Gußstücke ein Gefüge, dessen Bestandteile jeweils dem Maurerschen Diagramm entsprechen. Ihre Zugfestigkeit jedoch liegt bei gleicher chemischer Zusammensetzung etwa 2o°/0 oder mehr über den Werten, welche bei- der Herstellung entsprechend der üblichen Gießereipraxis zu erreichen sind.The results of the investigations on which the invention is based are shown in Fig. 2 for silicon; in particular, reference is made to the area FGHU. Is z. B. the molten cast iron, its carbon and silicon content within the area FGH.U (Fig. 2), silicon is added to the pan in such an amount that that carbon and silicon as end products within the area JKLM (Fig. 2) are, the castings made from the iron obtained in this way have a Structure, the components of which correspond to Maurer's diagram. Your tensile strength however, with the same chemical composition, it is about 20 ° / 0 or more above the Values, which are to be added in the production according to the usual foundry practice are to be achieved.

Bei der Verwendung von Silicium zusammen mit Nickel behält das Diagramm die gleiche Form, jedoch liegen die Punkte B, C, D und E bei anderen Prozentgehalten an Graphitbildnernn. Immerhin werden die oberen und unteren Grenzlinien der Fläche FGHU und JKLM die gleichen bleibet;; dagegen die Linien GH, JM und KL in der gleichen Beziehung zu den Linien A B, A C und A D in ihrer neuen Stellung verbleiben, wie dies in Abb. 2 für die Lage der Linien A B, A C und A D gezeigt ist.If silicon is used together with nickel, the diagram keeps the same shape, but points B, C, D and E are with different percentages of graphite formers. After all, the upper and lower boundaries of the area FGHU and JKLM will remain the same ;; on the other hand, the lines GH, JM and KL in the same relationship to the lines AB, A, C and AD remain in their new position, as shown in Fig. 2 for the position of the lines A, B, AC and AD.

Will man z. B. die dem Wert von 2,5°/0 Silicium entsprechenden Werte eines Nickel-Silicium-Graphitbildners errechnen, so wären z. B. 1,5 °/o Silicium -I- 2'/, Nickel zuzusetzen (entsprechend den oben angegebenen Äquivalentverhältnissen).Do you want to z. B. the values corresponding to the value of 2.5 ° / 0 silicon calculate a nickel-silicon graphite former, then z. B. 1.5% silicon -I- 2 '/, add nickel (according to the equivalents given above).

Die Graphitbildner sollen je nach Gehalt an den graphitbildenden Elementen in solchen Mengen zugesetzt werden, daß die behandelten Schmelzen innerhalb der Fläche JKLM liegen. In den nachstehenden Beispielen sind zweckmäßige Zusatzverhältnisse gegeben.The graphite-forming agents should depend on the content of the graphite-forming elements are added in such amounts that the treated melts within the Area JKLM lie. The following examples are useful additional ratios given.

Als Beispiel sollen sechs Ausführungsbeispiele I bis VI des Verfahrens mit jeweils in gleicher Weise hergestelltem, aber in der Gießpfanne nicht besonders behandeltem Eisen verglichen werden.As an example, six working examples I to VI of the method with each made in the same way, but not particularly in the ladle treated iron.

Die folgende Tabelle gibt Eine Vergleichsübersicht über jeden der drei besprochenen Fälle sowohl für gemäß der Erfindung behandeltes als auch für nicht behandeltes, zum Vergleich dienendes Gußeisen. Die Vorzüge der Erfindung liegen für den Fachmann auf der Hand. Es ist ein neues wirtschaftliches, einfaches und wirksames Verfahren geschaffen, um graues Gußeisen von erhöhter Zugfestigkeit mit Gleichförmigkeit zu erzeugen, das gleichzeitig weich genug ist, um sich leicht und wirtschaftlich bearbeiten zu lassen.The following table gives a comparative overview of each of the three cases discussed, both for cast iron treated according to the invention and for untreated, comparative cast iron. The advantages of the invention are obvious to those skilled in the art. A new economical, simple and effective process has been created for producing gray cast iron of increased tensile strength with uniformity that is at the same time soft enough to be easily and economically machined.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of gray cast iron with high tensile strength over 35 kg / mm2 by adding graphite-forming substances to molten white cast iron, characterized in that a white or mottled iron is melted and, after melting, nickel is added together with silicon in such an amount that Gray cast iron is produced.

2. Procedure according to claim r, characterized in that the additional amount of graphite-forming agents is so large that the melts within the area JKLIV of the diagram (Fig. 2) lie.